KR0172558B1 - 노광 마스크의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노광마스크의 제조방법에 관한 것으로서, 일차로 설계 디자인 룰에 따라 형성된 일차 노광마스크로 웨이퍼 상에 패턴을 형성하고, 공정결함 검사장치를 사용하여 공정결함이 없는 다이의 패턴을 검사하여 패턴 대 패턴 또는 설계 데이터 베이스 대 패턴간의 수치를 비교하고, 이 데이타를 이용하여 패턴 보상값을 계산하고, 이를 이용하여 일차 노광마스크의 패턴을 보상하였으므로, 설계도면대로 웨이퍼상에 감광막패턴을 형성할 수 있는 근접효과 보정용 노광마스크의 제작이 용이하고, 기존에 사용되는 공정결함 검사장치를 사용하므로 공정이 간단하고, 노광마스크의 제작에 필요한 시간 노력이 절감되며, 소자의 고집적화가 용이하여 소자동작의 신뢰성 및 공정수율을 향상시킬 수 있다.

Description

노광마스크의 제조방법
제1도는 종래 노광마스크의 패턴 제조방법을 설명하기 위한 개략도.
제2도는 본발명에 따른 노광마스크의 제조공정 흐름도.
제3도는 본발명에 따른 노광마스크의 제조 공정에서 검사 방법을 설명하기 위한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 웨이퍼 2 : 다이
3 : 패턴 4 : 노광마스크
본 발명은 반도체소자의 제조공정에서 감광막의 선택노광에 사용되는 노광마스크의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 결함 검사 장치 및 그 데이타를 이용한 패턴 보정식을 이용하여 노광 패턴 충실도를 일괄적으로 보상하여 마스크 제작에 필요한 공정 시간 및 노력을 절감하여 소자동작의 신뢰성 및 공정수율을 향상시킬 수 있는 노광마스크의 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체 장치의 고집적화 추세는 반도체 장치의 제조 공정중에서 식각 또는 이온 주입 공정 등의 마스크로 매우 폭 넓게 사용되고 있는 감광막패턴의 미세 패턴 형성기술의 발전에 큰 영향을 받고 있다. 특히 감광막패턴을 형성하는 축소노광장치(stepper)의 광분해능을 향상시키기 위하여 광원의 파장을 감소시킨다. 예를 들어 파장이 365nm인 i-라인 축소노광장치는 공정 분해능이 약 0.5μm정도이고, 248nm인 KrF 레이저나 193nm인 ArF 레이저를 광원으로 사용하는 축소노광장치는 라인/스페이스 패턴의 경우에 약 0.30μm정도의 패턴 분해도 가능하다.
최근에 개발되는 256M DRAM 등과 같은 고집적 소자는 패턴 디자인룰(design rule)이 작아져 실제 설계된 노광마스크의 레이아웃의 패턴이미지를 웨이퍼 상의 감광막(Photo Resist)에 형성하기가 어렵다.
이것은 노광마스크를 통과하는 빛이 마스크의 크롬 패턴 사이의 슬릿 간격 통과할 때, 그 스페이스의 크기, 모양 등에 따라서 회절(Diffraction) 정도가 달라지며, 웨이퍼 상의 불균일적인 토폴로지에 의해서도 주변의 패턴에 영향을 준다. 이것은 이웃하는 패턴들 사이가 밀집되어 있는 고집적 소자의 제조에서는 더욱 심각하다.
따라서 노광마스크의 패턴 모양 및 크기에 따라서 형성되는 패턴의 임계크기(critical dimension; CD)가 동일한 패턴 크기 사이에서도 차이가 발생되어, 공정수율 및 소자의 신뢰성을 떨어 뜨리는 원인이 된다.
이처럼 설계상의 디자인 룰에 따른 노광마스크는 이웃하는 패턴들간의 회절(Diffraction) 효과에 의해 패턴 크기의 차이가 있다. 이것을 근접효과(proximity Effect)라고도 하는데, 보통 웨이퍼 위에 형성된 패턴 중 패턴 밀집지역과 패턴 희소지역의 같은 노광마스크에서도 입계크기가 크게는 0.1μm 정도 차이를 보인다. 또 다른 요소로는, 다중효과(multiple level effect)로 제반조건들(systematic conditions) 즉 적층막들간의 반사(reflection)도 차이 및 토폴로지 변화 등 적층막들간의 조건 차이에 기인하여 나칭(notching)등과 같은 패턴 불량을 유발한다.
또 다른 요소로는 축소노광장치(stepper) 내에 있는 이미지 시스템(imaging system)들간의 불균형, 예를 들어 렌즈 왜곡(Lens Distortion)등과 같은 제반 의존 효과(Field dependent effect)에 의해 패턴이 전체적으로 고르지 못하게 한다. 이외에도, 감광막수지의 현상(Development)차이 및 피.이.비(post exposure bake) 열처리 불균일 등의 이유에서 형성된 패턴들의 크기 및 모양의 차이가 나타났다.
이와 같이 마스크 장치의 패턴 임계크기 모양 및 크기와, 웨이퍼의 토폴로지 단차 및 적층막들 간의 상호 관계에 따라 임계크기 차이가 유발된다.
지금까지 0.5μm급 패턴의 제조공정중에는 이와 같은 임계크기 차이가 미미하여 그대로 노광마스크의 패턴 보정없이 사용 가능 하였으나, 그 이하의 미세패턴에서는 보정이 절대적으로 필요하게 되어 있다.
제1도는 종래 기술에 따른 노광마스크의 임계크기 보정방법을 설명하기 위한 개략도로서, 국소 부분적 보상법의 예이다.
먼저, 일차로 제작된 노광마스크를 사용하여 패턴, 예를 들어 활성영역을 정의하기 위한 마스크 패턴의 특정 부위의 값들(d'1, d'2, r1', r'2…)을 CD SEM 등의 장비로 측정하여, 이에 따라 레이아웃 설계 도면을 수정하여 새로운 노광마스크를 만들어 사용한다.
이와 같은 종래 기술에 따른 국소 부분적 보상법은 제한적인 보상방법으로서 근접효과 등 일부 특수효과에 의한 임계크기 차이만을 알아낼 수 있으며, 256M DRAM등과 같이 0.5μm이하의 디자인 룰을 갖는 소자에서는 소자의 거의 전영역, 예를 들어 일변이 15∼25㎜인 소자 전체의 보정은 수작업으로는 불가능하여 일부분에만 보정을 실시하므로 소자의 고집적화가 어렵고, 소자동작의 신뢰성 및 공정수율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 디자인 룰에 따라 일차로 형성된 노광마스크를 사용하여 패턴을 형성한 후, 이를 공정결함 검사장치로 검사하여 근접효과등에 의한 패턴 임계크기 차이를 보상식에 따라 보상하는 노광마스크를 제작하여 소자동작의 신뢰성 및 공정수율을 향상시킬 수 있는 노광마스크의 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본발명에 따른 노광마스크의 제조방법의 특징은, 디자인룰에 따라 광차단막 패턴이 제작된 일차 노광마스크를 사용하여 패턴을 형성하는 단계와, 상기 패턴의 크기를 공정결함 검사장치로 측정하여 데이타 비교장치로 측정 데이타를 전송하는 단계와, 상기 패턴의 측정 데이타를 광차단막 패턴의 크기와 비교하여 패턴의 크기가 광차단막 패턴상의 임계크기 값에 비하여 예정된 정도 이상의 차이를 나타내는 부분을 검출하는 단계와, 상기 임계크기의 변화가 측정되는 광차단막 패턴을 보상식을 사용하여 보상정도를 결정하고, 이를 보상한 이차 노광마스크를 형성하는 단계를 구비함에 있다.
이하, 본 발명에 따른 노광마스크의 제조방법에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도 및 제3도는 본 발명에 따른 노광마스크의 제조방법을 설명하기 위한 개략도이다.
먼저, 디자인룰에 따른 설계도면 대로 형성된 광차단막 패턴을 갖는 일차 노광마스크를 제작한 후, 상기 일차 노광마스크를 사용하여 반도체 웨이퍼 상에 5 : 1 축소노광장치로 패턴 이미지를 노광하여, 감광막패턴이나 이를 이용하여 식각된 에치패턴을 형성한다. 이때 상기 감광막패턴을 임계크기 검사가 용이하도록 얇은 두께, 예를 들어 0.5μm이하의 두께로 형성한다.
그 다음 전자빔(electran beam) 혹은 광학적(optical) 빛을 광원으로 사용하는 결함 검사 장치(Defect Inspection System)를 사용하여 상기 에치패턴 또는 감광막패턴을 검사한다.
이때 통상의 공정결함 검사장치는 패턴 대 패턴 비교방식, 패턴 데이터 베이스 대 패턴 비교방식이 있으며, 각각이 수십분∼수시간 이내면 충분한 패턴간의 비교가 가능하며, 원래의 공정결함 검사공정에서는 전다이에 걸쳐 지그재그로 검사를 실시하지만 여기서는 공정 결함이 없는 깨끗한 하나의 다이만을 선정하여 검사하게 하며, 검사면적도 일차 노광마스크의 패턴에서 패턴 크기 및 모양 차이가 심할 것으로 예상되는 부분을 지정하여 실시한다.
그다음 상기 공정결함 검사장치는 1개의 다이를 검사하여 검사된 패턴들간의 임계크기 차이가 설계패턴의 데이타 베이스상의 임계크기 값에서 ±5% 이상 벗어날 때 이를 공정 결함으로 검출되도록 하고, 검출된 결함 위치 및 크기의 데이타 값을 데이타 비교장치로 전송한다.
상기 데이타비교장치는 검사되는 패턴(Inspection pottern)은 광차단막 패턴과 일대일로 패턴의 크기를 비교하여 패턴이 확대 또는 축소된 부분을 분류한 후, 검사 비교된 패턴 각 부위의 결함을 데이타화시켜 측정위치와 패턴 변화 크기를 자기 메모리 장치에 저장한다.
그후, 상기의 데이타를 다시 필터링 과정과 패턴 인식의 정확도를 분석과정을 통하여 레이아웃 수치 보정값을 최종적으로 계산하고, 상기의 보정값을 기준으로 일차 노광마스크상의 광차단막 패턴의 데이타를 수정하고, 이 데이타를 기준으로 이차 노광마스크를 제작한다.
여기서 상기의 보정값 계산에 대하여 제3도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 공정결함 검사장치의 센서가 지그재그로 이동하며, 패턴 다이내에 있는 결함을 비교하는데 이는 두가지 방법이 있으며, 일측의 에치 또는 감광막패턴과 그에 인접한 패턴들을 비교하거나, 하나 하나의 패턴 이미지를 별도의 메모리 장치에 저장된 설계도면 데이타와 크기를 비교하는 방법이 있다. 이때 축소노광장치의 축소비율에 따라 일차 노광마스크의 광차단막 패턴의 임계크기도 축소하여 비교한다.
상기 인접 패턴들의 크기가 근접효과에 의해 모두 차이가 나므로, 패턴의 라운딩 효과에 의한 라운딩 지름 rn과 패턴 폭 dn의 변화는, 먼저, 패턴 대 패턴 비교방식으로는 (n은 검사패턴수) 마스크에 필요한 보정값을 각각 δ rn및 δdn이라하면
와 같은 평균 보정법을 적용하여 보정값을 계산하고, 데이타 베이스 대 패턴 비교방식을 일대일 패턴 비교방법으로서
으로 보정값을 구한 후, 최종 배율(magnification) 보정 값은
여기서 K는 배율 상수(magnification factor)로서 약 0.8∼1.5 정도의 값을 갖는다.
또한 셀의 일부분만을 검사하고자 하는 경우에는 노광시 검사가 불필요한 부분에 대해서는 패턴이 형성되지 않도록할 수도 있다.
또한 수차(astigmatism aberration)이나 왜곡 및 오정렬에 의한 나칭이나 오형성된 패턴을 보정하기 위하여 배율상수 K를 1∼1.5 정도가 되도록 하기 위하여 패턴 형성시 과노광 또는 언더노광하여 임계크기 값이 ±5%이하로 차이가 나는 패턴에 대해서도 검사가 가능하며, 이는 패턴 브릿지나 테일(tails)형성이 예상되는 패턴에 대해 유용하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 노광마스크의 제조방법은 일차로 설계 디자인룰에 따라 형성된 일차 노광마스크로 웨이퍼 상에 패턴을 형성하고, 공정결함 검사장치를 사용하여 공정결함이 없는 다이의 패턴을 검사하여 패턴 대 패턴 또는 설계 데이타 베이스 대 패턴간의 수치를 비교하고, 이 데이타를 이용하여 패턴 보상값을 계산하고, 이를 이용하여 일차 노광마스크의 패턴을 보상하였으므로, 설계도면대로 웨이퍼상에 감광막패턴을 형성할 수 있는 근접효과 보정용 노광마스크의 제작이 용이하고, 기존에 사용되는 공정결함 검사장치를 사용하므로 공정이 간단하고, 노광마스크의 제작에 필요한 시간 노력이 절감되며, 소자의 고집적화가 용이하여 소자동작의 신뢰성 및 공정수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 디자인룰에 따라 광차단막 패턴이 제작된 일차 노광마스크를 사용하여 웨이퍼상에 패턴을 형성하는 단계와, 상기 패턴의 크기를 공정결함 검사장치로 측정하여 데이타 비교장치로 측정 데이타를 전송하여, 상기 패턴의 측정 데이타를 광차단막 패턴의 크기와 비교하되, 패턴다이 대 패턴다이 비교방식이거나 또는 데이타 베이스 대 패턴다이 비교방식으로 비교하여 패턴의 크기가 광차단막 패턴상의 임계크기 값에 비하여 예정된 정도 이상의 차이를 나타내는 부분을 검출하는 단계와, 상기 임계크기의 변화가 측정되는 부분의 광차단막 패턴을 하기 보상식(1)과 (2) 또는 (1)'과 (2)'를 사용하여 보상정도를 결정하고, 이를 보상한 이차 노광마스크를 형성하는 단계를 구비하는 노광마스크의 제조방법.
    상기에서 패턴 대 패턴 비교방식의 경우, 설계상 동일 크기의 n개 패턴수의 검사시, 각 패턴의 라운딩 효과에 대한 라운딩 반경 rn과 패턴 폭 dn에 대하여 각각 평균적 변화폭 δ rn및 δdn은
    상기 데이타 베이스상의 패턴 크기(rn') 대 웨이퍼 상의 패턴 크기(rn) 비교방식에서는
    로 계산하고, 최종 보상값을
  2. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 상에 형성된 패턴이 감광막패턴이거나 이를 마스크로 식각된 이미지 패턴인 것을 특징으로 하는 노광마스크의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공정결함 검사장치의 검사 공정은 공정결함이 없는 하나의 다이내의 이웃하는 패턴을 상호 비교하거나, 데이타 베이스와 비교하여 근접효과를 개선하는 것을 특징으로 하는 노광마스크의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공정결함 검사장치의 검사에서 일차 노광마스크의 광차단막 패턴과 웨이퍼상에 형성된 패턴간의 임계크기차가 5%이상인 패턴을 결함으로 인식하여 그 위치 및 크기를 데이타화 시키도록 하는 것을 특징으로하는 노광마스크의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 K가 0.8∼1.5인 값을 갖는 것을 특징으로 하는 노광마스크의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 공정시 과노광 또는 언더 노광을 실시하여 임계크기의 변화가 ±5%이내가 되도록 하여 검사하는 것을 특징으로 하는 노광마스크의 제조방법.
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